Тепловые насосы

ТИПЫ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

В этом разделе приведены примеры наиболее распространен­ных теплообменников, показывающие, как на практике решаются указанные выше проблемы. Рассмотрены теплообменники хладо­агента с воздухом, водой и, наконец, хладоагентом.

Отличительная особенность всех теплообменников с воздушным охлаждением состоит в максимальном развитии поверхности со стороны' воздуха. Причина в том, что коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха в 5—10 раз ниже, чем со стороны хладоагента, и это надо компенсировать увеличением площади. Типичные тепло­обменники с воздушным охлаждением показаны на рис. 3.19.

Иногда оребрение осуществляется поперек всех витков, причем трубки вставлены в пластины, играющие роль ребер, а иногда оре- бряется каждая трубка. Для прокачки воздуха через теплообмен­ник требуется вентилятор, и поэтому характер оребрения опреде­ляется многими факторами: расходом и давлением хладоагента, технологией производства, совместимостью материалов, разностью температур, стоимостью и т. п. Подробнее оребренные конструкции описаны в [9].

На рис. 3.20 показан подвод жидкого хладоагента к испарите­лю от дросселя. Прямоточный теплообменник такого типа приме­няют в тех случаях, когда перепад давления по хладоагенту доста­точен, чтобы вызвать заметный перепад температуры при испаре­нии. Последний ряд трубок перед входом в компрессор размещен в начале течения с целью получения максимального перегрева. Та­кая схема чаще применяется для низкотемпературных приложений, а для высокотемпературных больше распространен прямоток. Не­обходима правильная установка конструкции по отношению к вер­тикали.

На рис. 3.21 показаны теплообменники хладоагент — вода. Вода протекает снаружи пучка трубок по зигзагообразному каналу между сегментными перегородками, многократно пересекая трубки. Это делается для повышения теплоотдачи к воде и дости­гается ценой увеличения потерь давления. Следует отметить, что внешний кожух, показанный на нижнем образце рис. 3.21, окружен слоем теплоизоляции, что объясня­ет разницу в диаметрах между дву­мя образцами. Изоляция необходи­ма при охлаждении воды, когда температура в испарителе значи­тельно ниже окружающей. В тепло - насосном варианте это не всегда так и теплоизоляция зачастую не требуется.

Рис. 3.2І, Испарители с хладоагентом внутри трубок.

Теплообменники, показан­ные на рис. 3.21, называются кожухотрубными. В них хла - доагент может быть как внут­ри трубок, так и снаружи, при этом ось кожуха может быть вертикальной или горизонталь­ной. Вертикальная установка облегчает отвод жидкости от кондесатора, но не всегда по­вышает теплообмен при кон­денсации. Этот теплообмен за­висит от толщины жидкой пленки хладоагента на стенке трубки. Если трубка горизон­тальная, жидкость покрывает только один сектор периметра, а при вертикальной установке вся поверхность может быть покрыта жидкостью.

Разновидностей кожухо­трубных теплообменников ДО' вольно много, две нз них с оребрением трубок показаны на рис. 3.22. Теплообменники с U-образными трубками на­зывают также двухходовыми. Они имеют большое преиму­щество в том, что различное термическое расширение тру-

Г

Бок, например медных, и кожуха, который может быть стальным, не имеет значения, так как на другом конце теплообменника нет уплотнений. Одноходовой теплообменник имеет либо скользящие уплотнения, либо одинаковые металлы, либо компенсаторы расши­рения.

Кожухотрубные теплообменники наиболее широко применяют­ся в случае теплообмена между хладоагентом и водой. Конструкция теплообменников очень проста, она содержит различные запатен­тованные усовершенствования для повышения коэффициента теп­лоотдачи.

Рис. 3.24. Теплообменник с витыми труб­ками.

Рис. 3.25.' Промежуточный теплообменник с оребренными трубками.

1 — выход жидкости; 2 — вход пара; 3 — вход Жидкости; 4 — иа всасывание.

Два типа трубок для испарителей показаны на рис. 3.23. Одна из трубок медная и содержит внутри алюминиевую вставку, увели­чивающую поверхность и повышающую теплообмен. Другая труб­ка имеет внутреннюю поверхность, покрытую пористым слоем, создающим множество очагов для образования пузырьков при ки­пении хладоагента. Это ведет к снижению разности температур при заданном тепловом потоке, что очень важно для теплового насоса. С той же целью иногда применяют фитили из мелкой металличе­ской сетки.

Разновидностью таких теплообменников является теплообмен­ник труба в трубе, где обеспечиваются настоящие условия проти­вотока, однако размеры при этом возрастают.

Более компактны теплообменники с витыми трубками внутри кожуха (рис. 3.24). Здесь достигается высокий коэффициент тепло­обмена как внутри, так и снаружи труб в результате турбулентно­сти, вызванной формой течения. Они применяются реже по срав­нению с прямыми трубками из-за повышенной стоимости.

Промежуточный теплообменник, называемый также переохла­дителем или пароперегревателем, обеспечивает теплообмен между хладоагентом в парообразном и жидком состоянии. Он устанавли­вается на всасывающей линии между испарителем и компрессором и должен создавать возможно меньшее сопротивление потоку па­ра. Поэтому со стороны пара проходное сечение велико, а поверх­ность теплообмена увеличивается оребрением (рис. 3.25). Для мелких тепловых насосов подобный теплообменник можно выпол­нять из концентрических труб или в виде сборки из паяных трубок.